3D物體形狀重建是近年來(lái)熱門(mén)的話題，影視制作、先進(jìn)制造、智慧城市、無(wú)人駕駛等許多方面，都離不開(kāi)它。說(shuō)起3D物體形狀重建，人們可能首先想到了先進(jìn)的激光掃描儀。令人驚奇的是，山東大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)陳寶權(quán)教授率領(lǐng)北京電影學(xué)院未來(lái)影像高精尖創(chuàng)新中心和山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合以色列、加拿大的研究人員，提出了一種新穎的3D物體形狀重建法，將液體（水）作為獲取物體形狀的介質(zhì)，巧妙地把3D形狀獲取轉(zhuǎn)化為體積問(wèn)題，類似用水對(duì)物體做CT。記者楊紫慧

    “水CT”的性價(jià)比更高

    陳寶權(quán)教授告訴記者，他們的3D物體形狀重建法借鑒了CT掃描的原理。不過(guò)，CT 設(shè)備體積龐大，而且只能在特定的環(huán)境中使用，成本也很高。相比之下，研究人員提出的浸入轉(zhuǎn)換法以較低的計(jì)算成本生成完整的形狀，性價(jià)比高，而且應(yīng)用范圍更廣。

    “只要是能浸入水槽的物體，不論多大，都能進(jìn)行重建。”陳寶權(quán)教授介紹道。此外，浸入轉(zhuǎn)換裝置搭建起來(lái)也很簡(jiǎn)單。

    不過(guò)，他們必須解決新的難題。最大的難點(diǎn)在于兩個(gè)方面，一是軟件上，如何從多個(gè)局部信息重建完整信息；一是硬件上，針對(duì)物體的浸入水中，如何連續(xù)精確測(cè)量容器里水體積的變化。

    光“看不到”的，水能“看到”

    這項(xiàng)研究最大的突破就在于能夠方便地測(cè)量物體看不見(jiàn)的部分，陳寶權(quán)教授在接受采訪時(shí)說(shuō)。傳統(tǒng)3D掃描和形狀建模方法基于光學(xué)設(shè)備，最常見(jiàn)的是使用激光掃描儀和攝像頭對(duì)物體表面進(jìn)行掃描。但是，這樣做有一定的局限，比如光線照不到的地方無(wú)法取樣，縫隙、微小突起等結(jié)構(gòu)取樣不完整，還有透明等特殊的材料難以處理。

    為了解決這些問(wèn)題，研究人員將液體作為獲取物體形狀的介質(zhì)，將物體浸入水中，測(cè)量物體的排水量，然后利用這種體積上的信息重建物體的表面形狀。這時(shí)，使用液體（水）的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)了出來(lái)，水能很好地貼合復(fù)雜的表面，還能滲透到空腔里，計(jì)算排水量也不需要考慮光線的折射率和偏振等問(wèn)題，輕松繞過(guò)了光學(xué)設(shè)備面臨的種種限制。

    從理論上講技術(shù)已完全成熟

    實(shí)驗(yàn)中，研究人員制作了一套簡(jiǎn)便的“3D 浸入裝置”——用機(jī)械臂夾住物體，將物體浸入水槽，然后測(cè)量水位上升變化的曲線，得出沿當(dāng)前角度浸入水中的物體的橫截面。這樣，通過(guò)多次將物體以不同角度浸入水中，研究人員就能得出物體多個(gè)橫截面的信息，進(jìn)而精確地計(jì)算出物體的幾何形狀，包括平時(shí)激光掃描儀很難捕捉到的部分。

    那么，浸入變換距離大規(guī)模應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中還有多遠(yuǎn)呢？從理論上講，技術(shù)已然完全成熟，關(guān)鍵是針對(duì)具體應(yīng)用中的物體大小和精度需求開(kāi)發(fā)相應(yīng)的裝置，來(lái)達(dá)到最好的性價(jià)比。